來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

產(chǎn)品和/或系統(tǒng)可靠性應(yīng)是設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，如果沒(méi)有了解或無(wú)法解決識(shí)別可靠性問(wèn)題和評(píng)估可靠性問(wèn)題的能力。在開(kāi)發(fā)結(jié)束時(shí)考慮可靠性的影響太遲了。

電源要可靠，必須簡(jiǎn)單。以簡(jiǎn)單為目標(biāo)的設(shè)計(jì)工作將產(chǎn)生比復(fù)雜電源更可靠的電源。例如，基本的單輸出低功率轉(zhuǎn)換器比多輸出高功率轉(zhuǎn)換器具有更高的計(jì)算可靠性。雖然增加了保護(hù)電路，但會(huì)增加電源的實(shí)際使用壽命。

在開(kāi)發(fā)的早期階段，電源電路應(yīng)該細(xì)分為兩塊：關(guān)鍵應(yīng)用和非關(guān)鍵應(yīng)用。這將有助于設(shè)計(jì)師了解部件選擇和降額系數(shù)。

關(guān)鍵應(yīng)用將包括故障將導(dǎo)致電源停止工作的區(qū)域。非關(guān)鍵區(qū)域是輔助應(yīng)用。對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，零件必須是最高質(zhì)量的，同時(shí)盡量減少使用會(huì)隨著時(shí)間而惡化的部件，如電解電容器、風(fēng)扇和繼電器。

執(zhí)行可靠性預(yù)測(cè)的兩個(gè)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)是MIL-HDBK-217和Bellcore/Telcordia技術(shù)參考TR-332。這兩種經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)方法都有幾個(gè)共同的假設(shè)——恒定失效率、熱應(yīng)力加速度系數(shù)的使用、質(zhì)量系數(shù)和使用條件。這兩種方法都是基于對(duì)歷史失效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)曲線擬合的模型，這些數(shù)據(jù)可能是在現(xiàn)場(chǎng)、內(nèi)部或制造商收集的。

在通用標(biāo)準(zhǔn)中，可以根據(jù)不同的部件獲得適用于故障率的校正系數(shù)的最佳指示。這取決于使用條件、溫度、可靠性試驗(yàn)信息和“設(shè)計(jì)可靠性”信息。

例如，根據(jù)MIL-HDBK-217F建立的功率MOSFET總失效率的數(shù)學(xué)模型是其基本失效率乘以特定的溫度、應(yīng)用、質(zhì)量和環(huán)境因素。應(yīng)該注意的是，可靠性是一個(gè)介于0和1之間的因素，沒(méi)有維度。然而，故障率是特別在電子工業(yè)中測(cè)量的。設(shè)備的適合性（時(shí)間故障）是指在10億（109）小時(shí)的運(yùn)行中可以預(yù)期的故障數(shù)量?？紤]到功率MOSFET適用于250W電源（基本故障率為12fit），工作溫度接近100°C（熱系數(shù)為3.7），質(zhì)量因數(shù)JANTX（根據(jù)MIL-S-19500為8），環(huán)境因數(shù)GF（接地固定為1.6），總故障率為2.312次/106h。

考慮環(huán)境因素后，由于MTTF與失效率成反比，導(dǎo)致功率MOSFET的MTTF約為470000小時(shí)。然而，在不計(jì)算環(huán)境和熱因素的情況下，初始MTTF約為83000000小時(shí)。

為了提高M(jìn)OSFET和電源的可靠性，設(shè)計(jì)者可以選擇增加器件的熱降額。通過(guò)顯著冷卻零件并將MOSFET的工作溫度設(shè)置為80°C而不是100°C，熱系數(shù)將從3.7降到2.7，使MTTF 643000小時(shí)提高36%。

在預(yù)先設(shè)定的操作和環(huán)境條件下，通過(guò)仔細(xì)分析電應(yīng)力和熱應(yīng)力因子以正確確定功率MOSFET的尺寸，才能降低故障率。這可以通過(guò)檢查降額計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)，使用從HALT（高加速壽命試驗(yàn)）試驗(yàn)中收集的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出可靠性數(shù)據(jù)，具有很好的精確度。盡管要測(cè)試的樣本數(shù)量通常是有限的，但測(cè)試站的數(shù)量是固定的，運(yùn)行測(cè)試的可用時(shí)間是有限的。這會(huì)影響設(shè)計(jì)師希望計(jì)算參數(shù)落下的“置信區(qū)間”。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在兩種特殊情況下重現(xiàn)了“單邊低置信區(qū)間”的計(jì)算函數(shù)：“有替代中斷的試驗(yàn)”和“無(wú)替代中斷的試驗(yàn)”。第一種情況主要涉及在從現(xiàn)場(chǎng)返回的情況下真實(shí)MTTF的計(jì)算，盡管這種方法不令人滿意，因?yàn)橹圃焐滩恢肋@些裝置已經(jīng)運(yùn)行了多久，也不知道運(yùn)行條件。高加速應(yīng)力篩選，也稱為HASS，同時(shí)應(yīng)用所有應(yīng)力。根據(jù)停機(jī)極限，HASS應(yīng)力水平評(píng)估接近其工作極限的電源。

審核編輯黃昊宇